태양광 PV 모듈이란 무엇인가요?

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필드: 기본 전기학

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단일 태양광 셀은 필요한 유용한 출력을 제공할 수 없습니다. 따라서 PV 시스템의 출력 전력 수준을 높이려면 이러한 PV 태양광 셀들을 연결해야 합니다. 태양광 모듈은 일반적으로 표준 출력 전압과 전력을 제공하기 위해 충분한 수의 태양광 셀을 직렬로 연결합니다. 하나의 태양광 모듈은 3 와트에서 300 와트까지 등급이 매겨질 수 있습니다. 태양광 모듈 또는 PV 모듈은 상업적으로 이용 가능한 태양광 발전 시스템의 기본 구성 요소입니다.
실제로 단일 태양광 PV 셀은 약 0.1 와트에서 2 와트 정도의 매우 작은 양의 전력을 생성합니다. 그러나 이러한 낮은 전력 단위를 시스템의 구성 요소로 사용하는 것은 실용적이지 않습니다. 따라서 필요한 수의 셀을 조합하여 실제로 상업적으로 이용 가능한 태양광 단위, 즉 태양광 모듈 또는 PV 모듈을 형성합니다.

태양광 모듈에서 태양광 셀들은 배터리 뱅크 시스템의 배터리 셀 유닛과 동일한 방식으로 연결됩니다. 즉, 한 셀의 양극 단자가 다른 셀의 음극 단자에 연결되고, 태양광 모듈의 전압은 모듈 내에서 직렬로 연결된 개별 셀들의 전압의 합입니다.
series connected solar module
태양광 셀의 정상 출력 전압은 대략 0.5 V이며, 6개의 이러한 셀을 직렬로 연결하면 셀의 출력 전압은 0.5 × 6 = 3 Volt가 됩니다.

태양광 모듈의 등급

태양광 모듈의 출력은 주변 온도와 입사 광의 강도와 같은 몇 가지 조건에 따라 달라집니다. 따라서 태양광 모듈의 등급은 이러한 조건 하에서 지정되어야 합니다. PV 또는 태양광 모듈의 등급을 25oC 온도와 1000 w/m2 광 복사 조건 하에서 표시하는 것이 표준화된 관행입니다. 태양광 모듈은 그들의 오픈 회로 전압(Voc), 단락 회로 전류(Isc) 및 피크 전력(Wp)으로 등급이 매겨집니다.

즉, 이 세 가지 매개변수(Voc, Isc 및 Wp)는 태양광 모듈이 25oC 및 1000 w/m2 태양 복사 조건 하에서 안전하게 제공할 수 있는 것입니다.
이러한 조건, 즉 25oC 온도와 1000 w/m2 태양 복사는 집합적으로 표준 테스트 조건(STC)이라고 합니다.
표준 테스트 조건은 태양광 모듈을 설치할 사이트에서 항상 사용 가능하지 않을 수 있습니다. 이는 태양 복사와 온도가 위치와 시간에 따라 변하기 때문입니다.

태양광 모듈의 V-I 특성

X축을 전압 축으로, Y축을 태양광 모듈의 전류로 설정하여 그래프를 그리면, 이 그래프는 태양광 모듈의 V-I 특성을 나타냅니다.
v-i characteristic

PV 모듈의 단락 회로 전류

표준 테스트 조건 하에서 태양광 모듈의 양극과 음극을 단락시키면, 모듈이 제공하는 전류가 단락 회로 전류입니다. 이 전류 값이 클수록 모듈의 성능이 좋다고 할 수 있습니다.
표준 테스트 조건 하에서도, 이 전류는 빛에 노출된 모듈의 면적에 따라 달라집니다. 면적에 따라 달라지므로, 단위 면적당 단락 회로 전류로 표현하는 것이 더 좋습니다.
이는 Jsc로 표기됩니다.
따라서,
여기서 A는 표준 빛 복사(1000w/m2)에 노출된 모듈의 면적입니다. PV 모듈의 단락 회로 전류는 또한 태양광 셀 제조 기술에 따라 달라집니다.

오픈 회로 전압 (Voc)

표준 테스트 조건 하에서 태양광 모듈의 단자의 어떤 부하에도 연결되지 않은 상태에서의 전압 출력입니다. 이 태양광 모듈의 등급은 주로 모듈의 태양광 셀을 제조하는 기술에 크게 의존합니다. 더 높은 Voc는 태양광 모듈의 성능이 더 좋음을 의미합니다. 태양광 모듈의 오픈 회로 전압은 또한 작동 온도에 따라 달라집니다.

최대 전력 점

이는 표준 테스트 조건 하에서 모듈이 제공할 수 있는 최대 전력량입니다. 고정된 차원의 모듈에서 최대 전력이 높을수록 모듈의 성능이 좋습니다. 최대 전력은 피크 전력이라고도 하며, 이를 Wm 또는 Wp로 표기합니다.
태양광 모듈은 Voc 및 Isc까지 모든 전압과 전류 조합으로 작동할 수 있습니다.
그러나 표준 조건 하에서 특정 전류와 전압 조합에서 출력 전력이 최대가 됩니다. 태양광 모듈의 V-I 특성의 Y축을 따라 진행하면, 전력 출력이 전류와 거의 선형적으로 증가하지만, 일정한 전류 이후에는 전력 출력이 단락 회로 전류에 가까워짐에 따라 감소합니다. 단락 회로 조건에서는 모듈 단자 간의 전압이 이상적으로 0으로 간주되기 때문입니다. 따라서 태양광 모듈의 최대 출력 전력은 최대 전류, 즉 단락 회로 전류(Isc)에서 발생하지 않으며, 단락 회로 전류보다 적은 특정 전류에서 발생합니다. 이 최대 출력 전력이 발생하는 전류는 Im로 표기됩니다.
비슷하게, 태양광 모듈의 최대 전력은 오픈 회로 전압에서 발생하지 않으며, 이는 오픈 회로 조건에서 모듈을 통과하는 전류가 이상적으로 0으로 간주되기 때문입니다. 그러나 앞선 경우와 마찬가지로, 태양광 모듈의 최대 전력은 오픈 회로 전압(Voc)보다 낮은 전압에서 발생합니다. 최대 출력 전력이 발생하는 전압은 Vm로 표기됩니다. 태양광 모듈의 최대 전력은 다음과 같이 주어집니다

최대 전력이 발생하는 전류와 전압은 각각 최대 전력점의 전류와 전압으로 참조됩니다.